Химия: Методические указания к лабораторным работам, страница 15

В пробирку № l добавьте 1 каплю 2н. раствора серной кислоты и встряхните ее. В момент прибавления кислоты пустите в ход секундомер, по которому определите время от начала реакции до появления слабой опалесценции. Аналогично повторите опыт с заготовленными растворами тиосульфата натрия.

Данные опыта занесите в табл. 4.1. Приняв концентрацию тиосульфата в первой пробирке за единицу, постройте график, откладывая на оси абсцисс концентрации, а на оси ординат - относительную скорость реакции, т.е. величины, обратные времени.

Каким должен быть график при идеальном выполнении закона действия масс? Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Как согласуются Ваши наблюдения с законом действия масс?

Определение порядка реакции по одному из компонентов

Расчетное задание для самостоятельной работы

Полученные экспериментальные данные позволяют определить порядок реакции по одному из компонентов - Na₂S₂O₃, поскольку в опыте изменяли концентрацию только одного из компонентов.

Записанное ранее для реакции aA + bB D cC + dD выражение закона действующих масс

V = k · [A]^a · [B]^b,

содержит произведение концентрации исходных веществ в степенях a и b. Величины a и bопределяют порядок реакции по реагенту А и В соответственно, a иx сумма дает общий порядок реакции N. Обычно пишут, что a и b равны стехиометрическим коэффициентам, стоящим перед этими компонентами в уравнении реакции. Однако это верно только для тех случаев, когда уравнение химической реакции строго описывает механизм протекания реакции. В этом случае порядок реакции является целым числом и совпадает по величине с молекулярностью реакции - числом молекул, участвующих в одном химическом акте взаимодействия. В подавляющем большинстве случаев суммарная реакция, аналогичная реакции

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ ® Na₂SO₄ + H₂S₂O₃      (4.1)

не соответствует механизму протекания реакции и поэтому порядок реакции нельзя определить по стехиометрическим коэффициентам такой суммарной реакции, и он, как правило, не является целым числом.

В нашем опыте изменяли концентрацию только одного компонента - тиосульфата натрия, поэтому в выражении для скорости этой реакции

V = k · [Na₂S₂О₃]^a · [H₂SO₄]^b

концентрацию серной кислоты можно считать постоянной и ввести в константу скорости реакции. Окончательно имеем:

V = k₁ · [Na₂S₂О₃]^a ,

где a - порядок реакции по тиосульфату натрия.

В этой формуле k₁ - новое значение константы скорости реакции:

k₁ = k · [H₂SO₄]^b.

В общем виде это выражение можно записать так:

V = k · C^a

Это степенное выражение после логарифмирования имеет вид

ln V = In k + a lnC

и графически в логарифмических координатах InV = f(InC) может быть представлено прямой (сравните с известным из аналитической геометрии уравнением прямой у = m + nх, где у = lnV; m = ln k: n = a; x = lnC). Значит, на графике (рис. 4.1) экспериментальные данные должны лежать на прямой, угловой коэффициент которой будет равен порядку реакции a.

Показанные на рис. 4.1 отклонения экспериментальных данных от линейной зависимости связаны с неизбежными погрешностями при приготовлении растворов и определении времени протекания реакции. Определение углового коэффициента выполняется по двум произвольным точкам на прямой и соответствующим им значениям ln С и ln V по схеме:

Рис. 4.1. Зависимость скорости гомогенной реакции от концентрации

в логарифмических координатах

Определите порядок реакции a по тиосульфату натрия и по его значению сделайте вывод, описывают ли уравнении реакции (4.1) механизм протекания процесса.

Опыт №2. Влияние температуры на скорость химической реакции

Таблица 4.2